mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-3-157-171mateltech-189Research ArticleСТАТЬИARTICLESФОРМИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУКТУР В ПОДЛОЖКАХ КАРБИДА КРЕМНИЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИМ ТРАВЛЕНИЕМFORMATION OF THREE−DIMENSIONAL STRUCTURES IN SILICON CARBIDE SUBSTRATES BY PLASMOCHEMISTRY ETCHINGСейдманЛ. А.SeidmanL. A.

Сейдман Лев Александрович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий специалист по технологическим процессам

seid1@yandex.ruГосударственный завод «Пульсар», АО, МоскваРоссияState plant «PULSAR», MoscowRussian Federation201522102016183157171Copyright © Сейдман Л.А., 20162016Сейдман Л.А.Seidman L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/189

Представлен обзор, посвященный технологии формирования трехмерных структур в подложках  карбида кремния. Технологически эта задача решается ионно−стимулированным плазмо-химическим травлением в различных его вариациях, и наиболее успешно — с помощью источника с индуктивно связанной плазмой (ICP).

Карбид  кремния состоит из кремния и углерода, которые в реакции со фтором образуют летучие фториды. Реакция травления идет при взаимодействии кремния и углерода с активными радикалами и ионами фтора. Поэтому для плазмохимического травления карбида кремния используют фторсодержащий газ, в большинстве случаев — шестифтористую серу SF6 (часто с добавкой кислорода и иногда  аргона). В качестве масок при плазмохимическом травлении карбида кремния применяют  материалы, не взаимодействующие с фтором. Преимущественно это пленки металлов Cu, Al и Ni, реже — пленки оксида кремния.

Особо  важное технологическое направление, связанное с плазмохимическим травлением подложек SiC с нанесенными на них эпитаксиальными слоями GaN, — это получение в них сквозных  отверстий и их последующая металлизация.

Приведены примеры использования источников ICP для формирования трехмерных структур с микро− и наноразмерами в карбиде кремния.

This article is a review of the technology for the formation of three−dimensional structures in silicon carbide substrates. The technological solution of these problems ion−stimulation plasmochemistry etching in its various modifications, the most successful being by ICP sources (sources of inductively coupled plasma).

Silicon carbide consists of silicon and carbon which produce volatile fluorides in reaction with fluorine. Therefore for plasmochemistry etching of silicon carbide one uses fluorine−containing gases, most often sulfur hexafluoride (SF6), and sometimes with additions of oxygen and argon. During plasmochemistry etching of silicon carbide one  uses the  mask  the  material  of which does not interact with fluorine.  As a rule these are thin films of metals, e.g.  Cu, Al and Ni, and sometimes films of silicon oxides.

The most  important technological trend of this process is making through holes  by etching of SiC substrates with GaN epitaxial layers, and their subsequent metallization.

In this review we will present examples of ICP source applications for the formation of micro− and nano−sized three−dimensional structures in silicon carbide substrates, including  making  through holes  in SiC substrates with GaN epitaxial layers.

карбид кремниятравлениеплазмохимическое травлениеисточник ICPиндуктивно связанная плазмасквозные отверстияметаллизацияструктуры с микро− и наноразмерамиэпитаксиальные слои GaNsilicon carbideetchingplasmochemistry etchingICP sourcesinductively coupled plasmavia holesmetallizationstructures with micro− and nano− dimensionsGaN epitaxial layersReferencesKim, D. W. High rate etching of 6H–SiC in SF6 −based magnetically−enhanced inductively coupled plasmas / D. W. Kim, H. Y. Lee, B. J. Park, H. S. Kim, Y. J. Sung, S. H. Chae, Y. W. Ko, G. Y. Yeom // Thin Solid Films. − 2004. − V. 447–448. − P. 100—104. DOI: 10.1016/j.tsf.2003.09.030Kim D. W., Lee H. Y., Park B. J., Kim H. S., Sung Y. J., Chae S. H., Ko Y. W., Yeom G. Y. High rate etching of 6H–SiC in SF6−based magnetically−enhanced inductively coupled plasmas. Thin Solid Films. 2004, vol. 447–448, pp. 100—104. DOI:10.1016/j.tsf.2003.09.030Kim, D. W. Magnetically enhanced inductively coupled plasma etching of 6H−SiC / D. W. Kim, H. Y. Lee, S. J. Kyoung, H. S. Kim, Y. J. Sung, S. H. Chae, G. Y. Yeom // IEEE Transactions on Plasma Sci. − 2004. − V. 32, N 3. − P. 1362—1366. DOI: 10.1109/TPS.2004.828821Kim D. W., Lee H. Y., Kyoung S. J., Kim H. S., Sung Y. J., Chae S. H., Yeom G. Y. Magnetically enhanced inductively coupled plasma etching of 6H−SiC. IEEE Transactions on Plasma Science. 2004, vol. 32, no. 3, pp. 1362—1366. DOI: 10.1109/TPS.2004.828821Jiang, L. Inductively coupled plasma etching of SiC in SF6/O2 and etch−induced surface chemical bonding modifications / L. Jiang, R. Cheung, R. Brown, A. Mount // J. Appl. Phys. − 2003. − V. 93, N 3. − P. 1376—1383. DOI: 10.1063/1.1534908Jiang L., Cheung R., Brown R., Mount A. Inductively coupled plasma etching of SiC in SF6/O2 and etch−induced surface chemical bonding modifications. J. Appl. Phys. 2003, vol. 93, no. 3, pp. 1376— 1383. DOI: 10.1063/1.1534908Jiang, L . Impact of Ar addition to inductively coupled plasma etching of SiC in SF6/O2 / L. Jiang, R. Cheung // Microelectronic Engineering. − 2004. − V. 73—74. − P. 306—311. DOI: 10.1016/j. mee.2004.02.058Jiang L., Cheung R. Impact of Ar addition to inductively coupled plasma etching of SiC in SF6/O2. Microelectronic Engineering. 2004, vol. 73—74, pp. 306—311. DOI: 10.1016/j.mee.2004.02.058Ruixue, D. Microtrenching effect of SiC ICP etching in SF6/ O2 plasma / D. Ruixue, Y. Yintang, H. Ru // J. Semiconductors. − 2009. − V. 30, N 1. − P. 016001. DOI: 10.1088/1674−4926/30/1/016001Ruixue D., Yintang Y., Ru H. Microtrenching effect of SiC ICP etching in SF6/O2 plasma. J. Semiconductors. 2009, vol. 30, no. 1, pp. 016001. DOI: 10.1088/1674−4926/30/1/016001Ru, H. Microtrenching geometry of 6H−SiC plasma etching / H. Ru, Y. Yin−Tang, F. Xiao−Ya // Vacuum. − 2010. − V. 84. − P. 400— 404. . DOI: 10.1016/j.vacuum.2009.09.001Ru H., Yin−Tang Y., Xiao−Ya F. Microtrenching geometry of 6H−SiC plasma etching. Vacuum. 2010, vol. 84, no. 3, pp. 400—404. DOI: 10.1016/j.vacuum.2009.09.001Beheim, G. M. Control of trenching and surface roughness in deep reactive ion etched 4H and 6H SiC / G. M. Beheim, L. J. Evans // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. − 2006. − V. 911 − P. 0911−B10−15. DOI: 10.1557/PROC−0911−B10−15Beheim G. M., Evans L. J. Control of trenching and surface roughness in deep reactive ion etched 4H and 6H SiC. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2006, vol. 911, pp. 0911−B10−15. DOI: 10.1557/PROC−0911−B10−15Осипов, К. Ю. Технология формирования щелевых сквозных металлизированных отверстий к истокам мощных GaN/SiC−транзисторов с высокой подвижностью электронов / К. Ю. Осипов, Л. Э. Великовский // Физика и техника полупроводников. − 2012. − Т. 46, №. 9. − С. 1239—1243.Osipov K. Y., Velikovskiy L. E. Formation technology of through metallized holes to sources of high−power GaN/SiC high electron mobility transistors. Semiconductors. 2012, vol. 46, no. 9, pp. 1216—1220. DOI: 10.1134/S1063782612090175Cho, H. High density plasma via hole etching in SiC / H. Cho, K. P. Lee, P. Leerungnawarat, S. N. G. Chu, F. Ren, S. J. Pearton, C.−M. Zetterling // J. Vac. Sci. Technol. A. − 2001. − V. 19. − P. 1878— 1881. DOI: 10.1116/1.1359539Cho H., Lee K. P., Leerungnawarat P., Chu S. N. G., Ren F., Pearton S. J., Zetterling C.−M. High density plasma via hole etching in SiC. J. Vac. Sci. Technol. A. 2001, vol. 19, pp. 1878—1881. DOI: 10.1116/1.1359539Okamoto, N. Elimination of pillar associated with micropipe of SiC in high−rate inductively coupled plasma etching / N. Okamoto // J. Vac. Sci. Technol. A. − 2009. − V. 27, N 2. − P. 295—300. DOI: 10.1116/1.3077297Okamoto N. Elimination of pillar associated with micropipe of SiC in high−rate inductively coupled plasma etching. J. Vac. Sci. Technol. A. 2009, vol. 27, no. 2, pp. 295—300. DOI: 10.1116/1.3077297Ruan, J.−A. SiC substrate via etch process optimization / J.−A. Ruan, S. Roadman, C. Lee, C. Sellers, M. Regan // CS MANTECH Conf. − Tampa (FL, USA), 2009. − P. 113—116.Ruan J.−A., Roadman S., Lee C., Sellers C., Regan M. SiC substrate via etch process optimization. CS MANTECH Conf. Tampa (FL, USA), 2009. Pp. 113—116.. Ruan , J. −A. Low RF power SiC substrate v ia etch / J.−A. Ruan // CS MANTECH Conf. − Portland (OR, USA), 2010. − P. 267—270.Ruan J.−A. Low RF power SiC substrate via etch. CS MAN-TECH Conf. Portland (OR, USA), 2010. Pp. 267—270.Ruan, J.−A. Backside via process of GaN device fabrication / J.−A. Ruan, C. Hall, C. Della−Morrow, T. Nagle, Y. Yang // CS MAN-TECH Conf. − Boston (MA, USA), 2012. − P. 215—217.Ruan J.−A., Hall C., Della−Morrow C., Nagle T., Yang Y. Backside Via Process of GaN Device Fabrication. CS MANTECH Conf. Boston (MA, USA), 2012. Pp. 215—217.Okamoto, N. Differential etching behavior between semi−insulating and n−doped 4H−SiC in high−density SF6/O2 inductively coupled plasma / N. Okamoto // J. Vac. Sci. Technol. A. − 2009. − V. 27. − P. 456—460. DOI: 10.1116/1.3100215Okamoto N. Differential etching behavior between semi− insulating and n−doped 4H−SiC in high−density SF6/O2 inductively coupled plasma. J. Vacuum Science & Technology A. 2009, vol. 27, pp. 456—460. DOI: 10.1116/1.3100215.Okamoto, N. SiC Backside via−hole process for GaN HEMT MMICs using high etch rate ICP etching / N. Okamoto, T. Ohki, S. Masuda, M. Kanamura, Yu. Inoue, K. Makiyama, K. Imanishi, H. Shigematsu, T. Kikkawa, K. Joshin, N. Hara // CS MANTECH Conf. − Tampa (FL, USA), 2009. − V. 1.Okamoto N., Ohki T., Masuda S., Kanamura M., Inoue Yu., Makiyama K., Imanishi K., Shigematsu H., Kikkawa T., Joshin K., Hara N. SiC Backside via−hole process for GaN HEMT MMICs using high etch rate ICP etching. CS MANTECH Conf. Tampa (FL, USA), 2009. Vol. 1.Okamoto, N. Influence of negative charging on high rate SiC etching for GaN HEMT MMICs / N. Okamoto, K. Imanishi, T. Kikkawa, N. Nara // Mater. Sci. Forum. − 2010. − V. 645–648. − P. 791—794. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.645−648.791Okamoto N., Imanishi K., Kikkawa T., Nara N. Influence of negative charging on high rate SiC etching for GaN HEMT MMICs. Materials Science Forum. 2010, vol. 645–648, pp. 791—794. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.645−648.791Okamoto, N. Backside process considerations for fabricating millimeter−wave GaN HEMT MMICs / CS MANTECH Conf. − Portland (OR, USA), 2010. − P. 257.Okamoto N., Imanishi K., Kikkawa T., Nara N. Backside process considerations for fabricating millimeter−wave GaN HEMT MMICs. CS MANTECH Conf. Portland (OR, USA), 2010. P. 257.Stieglauer, H. Evaluation of through wafer via holes in SiC substrates for GaN HEMT technology / H. Stieglauer, J. Noesser, G. Bödege, K. Drüeke, H. Blanck, D. Behammer // CS MANTECH Conf. − Boston (MA, USA), 2012.Stieglauer H., Noesser J., Bödege G., Drüeke K., Blanck H., Behammer D. Evaluation of through wafer via holes in SiC substrates for GaN HEMT technology. CS MANTECH Conf. Boston (MA, USA), 2012.Barker, A. Advances in back−side via etching of SiC for GaN device applications / A. Barker, K. Riddell, H. Ashraf, D. Thomas, C.−H. Chen, Y.−F. Wei, I.−T. Cho, W. Wohlmuth // CS MANTECH Conf. − New Orleans (LA, USA), 2013. − P. 47—50.Barker A., Riddell K., Ashraf H., Thomas D., Chen C.−H., Wei Y.−F., Cho I.−T., Wohlmuth W. Advances in Back−side Via Etching of SiC for GaN Device Applications. CS MANTECH Conf. New Orleans (LA, USA), 2013. Pp. 47—50.Ekinci, H. Plasma etching of n−type 4H−SiC for photoconductive semiconductor switch applications / H. Ekinci, V. V. Kuryatkov, D. L. Mauch, J. C. Dickens, S. A. Nikishin // J. Electronic Mater. − 2015. − V. 4. − P. 1300—1305. DOI: 10.1007/s11664−015−3658−z.Ekinci H., Kuryatkov V. V., Mauch D. L., Dickens J. C., Nikishin S. A. Plasma etching of n−type 4H−SiC for photoconductive semiconductor switch applications. J. Electronic Materials. 2015, vol. 4, pp. 1300—1305. DOI: 10.1007/s11664−015−3658−z.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.